RAS 水产养殖用的循环水系统

• 陆地上的鱼虾养殖已经成为现实的生产模式，可以满足人类的食物增长的需求。相对于池塘养殖和开放性海水养殖，设计良好的循环水水产养殖系统可以提供很多的优势。本身的目的就在于节约用地和水资源，循环水系统可以安置于任何地点，操作者对于鱼类养殖环境有很高的控制度。也可以有很好的回报率。RAS 对于环境的负面影响很小，水产品也不容易得病。

水产养殖关乎到食物供给的安全和稳定，它也为人类提供了安全的食物和高质量的蛋白质，也与保护海洋的生物多样性和过度捕捞有关。2016年，全球鱼类生产 (鱼类，甲壳类动物 和 软体动物) 总量大约是1.7亿吨，其中47%是来自于水产养殖部分，单纯依靠捕捞很难满足人类对于事物的需求的增长 (1)。

溶解氧: 鱼类呼吸会消耗氧气（O2）并产生二氧化碳（CO2），生物滤膜(2)也是如此。水中CO2浓度较高的时候，会使鱼类比较兴奋，同时会降低水的pH值，曝气会除去水中的 CO2。在水罐中加入“碱性”物质可以调节水的pH值。对于大多数养殖水产而言，溶解氧浓度为5 mg/l是一个界限，溶解氧浓度低于这个数值时，水中的生物的健康、生长就会收到抑制。通常使用电化学仪器测量水中的溶解氧，仪器通常使用膜电极 (clark 原理) 或者 荧光法电极。像 SD 400 Oxi 这的溶解氧测量仪器会更好一些，因为：

• 不需要定期更换电极膜
• 电极可以随时使用，不需要极化
• 测量结果不受水流速度的影响
• 维护工作量小

b. 浊度/悬浮固体 (TSS). 随着水体中悬浮固体浓度的增加，鱼类的增重和寿命都会大幅下降 (3)。水中的颗粒物还有可能会携带一些致病菌，增加鱼类死亡的风险，微生物可能会隐藏在水体中的颗粒物上，会躲过紫外（UV）消毒设备的作用，循环水系统中的悬浮固体的主要来源是没有吃掉的食物、鱼类排泄物、藻类和从生物滤膜上脱落的有机物质，这些悬浮物通常会被从水槽中除去 (11)。研究显示，每喂食1 Kg食物会产生0.3-0.4 Kg的悬浮固体 (3)。水体中的悬浮固体会影响循环系统中其它过程的工作效率，他们是化学需氧量（COD）和水体营养物质的主要来源，会影响循环系统中鱼类的健康，主要是会损害鱼鳃藏匿致病菌。对于淡水鱼养殖而言，悬浮固体的上限是 25 mg TSS/L，通常不超过 10 mg TSS/L。浊度是采用光学方式测量的，将光束射入水体会产生光的散射，测量散射光的强度会得到散射法浊度值（NTU），为了得到mg/l / 悬浮固体单位，则需要用悬浮固体做校准。浊度仪主要测量的是小尺寸的颗粒物 ( 0,1 - 10 um ) ，这些也是循环系统中很难去除的颗粒物，所以浊度仪是循环系统成功运行的必备仪器。浊度仪也可以帮助判断过滤系统工作是否正常。水体中溶解的有机物也会消耗氧气，而氧气的成本也不低。一般水产养殖的水的浊度要控制在5 NTU 一下。 TB 211 IR 浊度仪使用红外光源 (IR)，红外光不收水体颜色的影响，也不受杂散光和阳光的干扰，可以为使用者提供稳定、可靠的数据。

e. M-碱度 是衡量水的pH缓冲能力或者酸中和能力的指标，碱度的定义，就是可以水中用滴定法测量的、以mg/L为单位的、与CaCO3为等量的所有物质的总量，基本上就是碳酸根离子（CO32-）和碳酸氢根离子（HCO3-）的总量。对于水生系统而言，总碱度是一个很重要的变化参数，水体中的总碱度较高或者越高，光合作用碎玉无机碳的获取就会增加，也就可以更好地缓冲谁提的pH值的变化，淡水的碱度从软水的小于5 mg/L 到高过 500 mg/L，取决于地质学上蓄水层的情况。海水的碱度通常在120 mg/L CaCO3左右。如果没有水的更换，循环水系统的碱度有可能会因为生物膜的硝化而很快下降，通常 1 mg/L 硝酸铵的硝化会减少大约7.14 mg/L 的碱度，快速额硝化有可能会导致一天内很明显的碱度的减少。M-碱度可以简单和快速地测量出来，可以用Lovibond公司的MD600便携式光度计、采用甲基橙片剂进行测量 ( Lovibond® Method 30，测量范围 5 … 500 mg/l)

j. 硝酸根 是硝化过程的最终产物，也是毒性最小的含氮化合物，在水产循环水系统里面，通常采用每天换水的方法来控制硝酸盐的水平。在低换水率或者高水滞留系统里面，反硝化过程变得越来越重要。硝酸盐浓度对于减少循环水系统中厌氧部分H2S的产生还是很关键的，一般建议把硝酸盐的浓度控制在 40 mg/l的水平上，如果硝酸盐浓度降低，水中的硝酸钙可能会产生沉淀。 胺、亚硝酸盐、硝酸盐浓度都可以用光度计和比色计加上相应的试剂进行测量，使用片剂试剂的好处就是不会加错量，而这点对于液体试剂和粉末试剂是不容易做到的，而且片剂试剂的有效期非常长，能到2-5年，有的甚至可以到10年。

k. 磷是一个重要的营养元素，也是食物的一部分，从很多角度看，正磷酸根的增加不会对生物的健康有负面的影响 (10)。淡水和海水里面的正磷酸根的浓度不太一样，都会 > 50 ppm。 磷是水中藻类的营养元素 (加上阳光)，而RAS系统中的藻类是没有什么用处的，所以要控制磷酸根的浓度。 循环养殖系统可以很好地控制磷的浓度，因为系统的设计可以使得废水浓缩并有效地处理。但是，大部分的磷还是会随着可过滤的或者沉降的污泥排出循环系统 (Bergheim et al., 1993, Heinen et al., 1996) 。因此，所有有助于污泥排出的机械都会有助于磷的排出，反硝化过程也会有助于磷的排出，所以，通过反硝化过程来控制磷的水平也是一个好的办法 (9)。 可以用类似于氨氮测量的比色法来测量磷的浓度，也可以用光度计来测量正磷酸根的浓度 (Lovibond® 方法 320 / 片剂试剂)，测量范围是0.05 - 4 mg/l PO4，便携式的 Lovibond® MD 600 光度计可以在15分钟之内给出测量结果。 l. 硫化物/ 硫酸盐：硫化氢是一种有毒气体，很少量的硫化氢就可以引起鱼类的大量死亡。必须避免一些可能会在循环水系统中产生有毒硫化物气体的做法。当厂子里面生成了污泥，特别是污泥有一定的厚度的时候，就会在污泥里面产生缺氧的环境，在这种缺氧环境中，会将硫酸根还原的细菌会通过反硝化过程生成H2S。由于海水中的硫酸根浓度远高于淡水 ( 2 ppm 比 2000 ppm)，所以海水中生成H2S的情况会更严重。污泥会在很对地方产生，比如管道、生物滤膜，以及所有水流速度很低的地方。仔细控制硝酸盐的浓度可以有助于与H2S的斗争 ( 4)。使用罗威邦公司MD600便携式多参数光度计可以在几分钟之内测量硫化物和硫酸根的浓度 ( 硫化物 Lovibond® 方法 365，量程 0,04 - 0,5 mg/l；硫酸根 Lovibond® 方法355，量程 5 - 100 mg/l )。 Lovibond® 用于水生循环系统的测量参数 / 汇总：

c. 盐度 数值来自于电导率电极的测量，表示海水中各种离子（盐）的浓度，每种水生生物有其自己适宜的盐度。盐度也会影响氧气和氨氮在水体中的溶解度，盐度增加会导致氧气和氨氮的水中溶解度的下降。

d. pH 值 极端的pH值对于水体中的生物是致命的，但是调节椎体的pH值以达到化学平衡对于水产品也是有很大的间接影响的，水体的pH值取决于其中的总碱度和缓冲能力，pH一般是处在5 – 9之间，来自于 碳酸氢根-碳酸根之间的平衡。对于水产品的健康和成长最佳的pH值范围是6.5-9.0之间，为了保证氨氮的浓度不至于增加到致死的水平，谁提的pH值应该不超过8。使用电化学的 ( Lovibond® SD 305 (仅pH ) 或者SD 335 (多参数，pH 和盐度)可以得到准确的水中pH的数值。 SD 335 Multi (Set 1) - pH/Con 电导率：0 - 200 mS/cm pH -2 - 16 ORP：-2000.0 - 2000.0 mV 盐度：0 - 70 g/kg TDS：0 - 200 g/l 温度：-10 - 110 ° C

f. 硬度 (总硬度，以CaCO3计). 水体的硬度对于幼体鱼类的成长是非常重要的，因为骨骼/壳体的成长需要水中溶解的矿物质，对于藻类和虾类而言，硬度也是很重要的参数。使用MD 600光度计可以在不到3分钟的时间内测量水中的钙硬度 ( Lovibond® 方法号 191，量程 0 … 500 mg/l，以 CaCO3 计)

g. 铜和铁 是植物和动物所需的基本营养元素，对于虾和一些无脊椎生物而言，铜特别的重要，因为铜是组成其血液中血蓝蛋白的重要成分。由于铜又可以杀死生物膜中的细菌，所以要保证水体中铜的浓度不太高，一般要在0,2 mg/l 左右。可以用MD 600测量水中铜的浓度 ( Lovibond® 方法号 150，量程 0,05 … 5 mg/l )。铁 ( Fe2+ 和 Fe3+) 也可以用MD 600测量 ( Lovibond® 方法号 220，量程范围 0,02 … 1 mg/l)。

h. 氮: 鱼类和淡水无脊椎生物会排泄胺/氨 (我们把二者分别表示为胺( NH4+) 和 氨 ( NH3 气态))。只有 NH3 是有毒的，还有较低的pH值，二者的平衡式是 NH4+。pH值增加“1”，比如从6.5 增加到 7.5，有毒的NH3会增加10倍，氨的浓度为 0,3 ppm 就已经会对鱼类造成毒害。通过生物 / 微生物过程，有毒的氨会被叫亚硝化菌的细菌氧化为亚硝酸根，而后再被氧化为无害的硝酸根。 胺和氨之间的平衡与水的温度和pH值有关，在pH=8的条件下，水中含有10%的氨和90%的胺。

i. 亚硝酸盐 是胺转化为硝酸盐的硝化过程的中间产物，尽管亚硝酸根很快就会被臭氧或者生物滤膜上的细菌转化为硝酸根，但是水体中一直会有亚硝酸根的存在，所以鱼类就会一直暴露在有亚硝酸根的水体中，这就是个问题。所以，亚硝酸根就是水质的一个重要指标，需要检测和调整亚硝酸根的浓度在一个限度之内，通常是不超过0.1 ppm。亚硝酸根的毒性主要体现在影响血液中血红素携带氧气的能力，亚硝酸根进入学业后，它会氧化血红担保细胞的二价铁变成三价铁，其产物叫做高铁血红蛋白，呈现棕色，所以通常也把这种叫做“棕血病”。

m. 这些参数的建议测量频率： 溶解氧和pH都是电化学参数，很重要，在水体中的变化也很快，所以，通常水产养殖者会安装在线测量仪表做连续的监测，并且设置“超标报警”功能，便携的仪器可以用于比对在线仪器的准确性，以及在鱼类排卵处或者比较小的池塘里面测量这两个参数。 最重要的参数是氨氮和硝酸盐氮，这两个参数需要每天每个池子测量2次。 M 碱度或者钙硬度：每周测量一次 氮和磷的测量：每周一次 铁、铜 只是在特出情况下才做测量 ( 主要是测量一些饲养水产的食物中的铁、铜的含量) 硫化物是有毒的，在循环水系统的下列区域发生问题时，测量硫化物就很重要，如厌氧区、管道中的污泥、阀门等，建议每3天测一次 在水产循环系统运行初期，可以不那么频繁地测量硝酸盐、碱度、硫化物和磷酸盐等参数，但是在收获季可能要更频繁底侧梁这些参数